CN101174760B - 气体绝缘开关装置及电弧损伤检测方法 - Google Patents

气体绝缘开关装置及电弧损伤检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于直接检测电接点或外围部件达到当初设定的损耗极限的气体绝缘开关装置及气体绝缘开关装置用部件的电弧损伤检测方法。在断路器的绝缘喷嘴(6)中含有通过由电弧(13)产生的损耗向断路器气体容器(1)内释放气体状物质的标记物质(14)。为了确保耐热性和绝缘性，通常用含氟树脂成形绝缘喷嘴(6)，但在通常所用的含氟树脂中，将耐热性和绝缘性优异的含氯树脂，如聚偏氯乙烯作为标记物质(14)与含氟树脂均匀地混合成形。

Description

气体绝缘开关装置及电弧损伤检测方法 
技术领域
本发明涉及用于检测气体绝缘开关装置中使用的部件的电弧损伤，特别是用于容易地检测电接点达到当初设定的损耗极限的气体绝缘开关装置及气体绝缘开关装置用部件的电弧损伤检测方法。 
背景技术
在发电站或变电站中的高电压用的断路器、断路开关或开关器等电力设备中，组装有用于开关电路的电接点。此外，近年来，从提高经济性和环境调和性的观点出发，正在促进电力设备的紧凑化，有电接点小径化的倾向，但另一方面，随着电力需求的增大，也谋求电力设备的高电压化及大容量化，小径化的电接点的电流密度在增大。 
在上述的电力设备中，由于在高电压下反复进行断路动作，所以在其电接点，产生由开关时所产生的电弧的热量所引起的蒸发或损耗。因此，到目前为止，正确地把握产生在电接点的损耗极限对于使电接点正确运转、提高电力设备的运转率而言是非常重要的。 
作为这样的电接点的损耗极限检测方法，有在电刷上安装磁石以检测磁变化的方法(参照专利文献1)、或在接点上安装压电元件以监视电压变化的装置；在开关设备中安装振动传感器或加速度传感器以检测本体的异常振动等的装置(参照专利文献2及3)。在这些监视装置中，在接点附近设置传感器等，通过测定电特性变化或机械特性变化来检测异常。 
此外，还提出了不安装特殊的传感器等，通过从电极本身分析电弧时所产生的光而检测损耗的方法(参照专利文献4)。 
专利文献1：特开平6-14501号公报 
专利文献2：特开平10-241481号公报 
专利文献3：特开平11-354341号公报 
专利文献4：特开2005-71727号公报 
但是，对于专利文献1～3中公开的以往的监视装置，其是对被看作是由于变形或损耗而引起的设备特性的变化进行测定，并在发生异常的初期过程中进行检测，所以难以直接检测电极或喷嘴等的损耗极限。 
此外，例如专利文献4适合检测电极的损耗，但不能检测开关装置的喷嘴等电极外围部件的损耗。 
发明内容
本发明是为解决上述以往技术中的问题而提出的，其目的在于，提供一种气体绝缘开关装置及气体绝缘开关装置用部件的电弧损伤检测方法，以便直接检测电接点或外围部件达到当初设定的损耗极限。 
为达到上述目的，提供一种气体绝缘开关装置，其中在封入了消弧性气体的容器内，具有一对可接触和分离的电弧接触头、由设在其一方的电弧接触头侧的缓冲活塞及缓冲缸构成的缓冲室、和具备与所述缓冲缸一体地固定的喷嘴的消弧室，通过压缩所述缓冲室，将所述消弧性气体导入所述喷嘴，并喷向在所述一对电弧接触头间产生的电弧以消除电弧，其特征在于：构成所述电弧接触头、缓冲室或消弧室的部件以下述物质作为标记物质而含有，所述物质包含与在该部件中用于确保本来的耐性或耐绝缘性所使用的元素不同的元素；与通过所述电弧的热量所述部件因热分解而发生损耗相伴，所述标记物质以气体状被释放到所述气体中。 
根据以上的本发明，通过在气体绝缘开关装置用部件中，使用含有与开关装置内部使用的元素不同的元素的物质作为标记物质，与开关装置的开关动作相伴产生电弧，且该部件损耗的情况下，该标记物质通过热分解而成为气体状，并向容器内扩散。能够通过检测气体绝缘开关装置内的气体中的气体状的标记物质的浓度，在不使用设备的分解检查、或X射线透射摄影等特别的诊断装置的情况下，进行气体绝缘开关装置用部件的损耗的正确的极限评价，并且容易地进行气体绝缘开关装置用部件的寿命评价。 
根据以上的本发明，能够提供一种气体绝缘开关装置及气体绝缘开关装置用部件的电弧损伤检测方法，以便直接检测电接点或外围部件达到当初设定的损耗极限。 
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的气体断路器的基本构成的图示。 
图2是表示本发明的第1实施方式的绝缘喷嘴的损伤检测的概念图。 
图3是表示本发明的第1实施方式中的标记物质在气体中的浓度与绝缘喷嘴的损伤情况的关系的曲线图。 
图4是表示本发明的第2实施方式的绝缘喷嘴的损伤检测的概念图。 
图5是表示本发明的第2实施方式中的标记物质在气体中的浓度与绝缘喷嘴的损伤情况的关系的曲线图。 
图6是表示本发明的第3实施方式的绝缘喷嘴的损伤检测的概念图。 
图7是表示本发明的第3实施方式中的氟化物在气体中的浓度与电弧接触头的损伤情况的关系的曲线图。 
图8是表示本发明的第4实施方式的绝缘喷嘴的损伤检测的概念图。 
图9是表示本发明的第4实施方式中的氟化物在气体中的浓度与电弧接触头的损伤程度的关系的曲线图。 
符号说明 
1：气体容器，2：极间绝缘筒，3：固定通电接触头，4：固定电弧接触头，5：可动通电接触头，6：绝缘喷嘴，7：可动电弧接触头，8：操作机构部，9：操作杆，10a：缓冲缸，10b：缓冲活塞，11：缓冲室，12：排气孔，13：电弧，14：标记物质，15：氟化物，16：气体采集阀，L：标记层，M：标记物质，P：含氟树脂层。 
具体实施方式
以下，参照附图1～图3具体说明本发明的有代表性的实施方式。以下，作为实施本发明的一例，举例说明气体断路器，但本发明并不只限于气体断路器，也能够在断路器、断路开关或开关器等电力设备中，广泛地用于以开关电路为目的的电接点为代表的气体绝缘开关装置用部件。 
(1)第1实施方式 
参照图1～图3说明本发明的第1实施方式。图1是表示本实施方式的气体断路器的基本构成的图示。 
本实施方式的气体断路器的构成与以往相同，为了明确起见的说明如下所述。即，在封入了消弧性气体的气体容器1内，设有与操作机构部8连结的中空的操作杆9。而且，该操作杆9被同轴状的缓冲缸10a包围。在操作杆9和缓冲缸10a之间插入缓冲活塞10b，由该缓冲活塞10b和缓冲缸10a及操作杆9形成被它们围住的缓冲室11。 
在操作杆9的前端部分设有可动电弧接触头7，在操作杆9上的与可动电弧接触头7相反的位置上，在侧面设有排气孔12。此外， 在可动电弧接触头7的外周，设置有具备气体流路的绝缘喷嘴6和可动通电接触头5，在与可动电弧接触头7相对的位置上配置固定电弧接触头4，在其外侧配置有固定通电接触头3。 
在如此构成的气体断路器中，通过利用操作机构部8的操作杆9的断路动作，分离固定通电接触头3和可动电弧接触头7后，在固定电弧接触头4和可动电弧接触头7之间产生电弧13，通过该电弧而使周围的部件暴露在高温下，因此损耗严重。 
于是，在本实施方式中，如图2的概念图所示，以含有因电弧13引起的损耗而向气体容器1内释放气体状物质的标记物质14的方式构成上述的断路器的绝缘喷嘴6。 
此处，为确保耐热性和绝缘性，绝缘喷嘴6通常用含氟树脂成形，但在本实施方式中，在通常所用的含氟树脂中，将耐热性和绝缘性优异的含氯树脂，如聚偏氯乙烯作为标记物质14与含氟树脂均匀地混合成形。这样，采用由与断路器内部所使用的元素不同的元素即氯(Cl)构成的物质作为标记物质14。 
此外，在本实施方式中，在气体容器1的规定的地方，此处，作为一例，在固定导体侧设有用于采集气体容器1内的气体的气体采集阀16。通过该气体采集阀16的开关来采集容器1内的气体，从而检测该成分。 
根据以上的本实施方式，由于利用操作机构部8和操作杆9的断路动作而在固定电弧接触头4和可动电弧接触头7之间产生电弧13，所以构成断路器的部件发生损耗。此时，在绝缘喷嘴6中，将含有与在断路器内部本来使用的元素不同的元素的物质作为标记物质而使用，所以与损耗的进行成正比地在气体容器1内蓄积气体状的标记物质14，其浓度缓慢增加。 
更具体地说，如果绝缘喷嘴6由于电弧13的热而发生损耗，与该绝缘喷嘴6通常所用的含氟树脂均匀地混合的含氯树脂就因热分 解而产生气体状的氯。由于该氯是气体状的，所以在断路器内缓慢增加，其浓度如图3所示的那样增加。 
于是，从气体采集阀16采集气体容器1内的气体，通过未图示的分析装置监测该气体中含有的标记物14。如上所述，标记物质14通过使用含有与在断路器内部本来使用的元素不同的元素的物质，即使以微少的量也能进行判定。此时，通过预先将绝缘喷嘴6的损耗极限设定为极限浓度，由此可进行损耗极限的判定。 
由此，能够在不使用设备的分解检查、或X射线透射摄影等特别的诊断装置的情况下，进行以绝缘喷嘴6为代表的断路器部件的损耗的正确的极限评价，并能够容易进行断路器部件的寿命评价。 
此处，作为采集的气体中所含的标记物质的分析方法，在气体中的标记物质的浓度比较高时，或能够采集一部分气体时，可通过气体色谱法或检测管进行，另一方面，在气体中的标记物质的浓度比较低、且能够大量采集取样量时，在水或吸收液中通入气体以吸收氯，可采用离子色谱法或滴定法、比色分析法等化学分析。另外，在采集量不太多时，可采用质量分析法或气相色谱质量分析法等。 
此外，该分析的时机没有特别限定，但由于标记物质14从绝缘喷嘴6的释放起因于电弧13的产生，因此基本上优选在断路动作后进行。 
另外，也能够将与本实施方式同样的构成用于所有使用了被电弧13损伤的有机材料的部件，例如极间绝缘筒2等断路器绝缘部件，由此，对于极间绝缘筒2等部件，也能够得到与绝缘喷嘴相同的效果。 
(2)第2实施方式 
参照图4及图5说明本发明的第2实施方式。另外，对于与第1实施方式相同的构成，标记同一符号，并省略重复的说明。 
在本实施方式中，在基本构成与第1实施方式相同的气体断路器中，如图4所示，改进了气体喷嘴6的构成。即，将直至设定为气体 喷嘴6的外装侧的损耗极限的厚度与以往同样形成用含氟树脂构成的含氟树脂层P，在设定为气体喷嘴6的内装侧的损耗极限的位置上，设置由标记物质14即含氯树脂构成的含氯树脂层C。 
根据以上的本实施方式，直至损耗极限都使用由不含标记物质14的聚四氟乙烯(PTFE)等含氟树脂构成的喷嘴，由此，如图5所示，气体中的标记物质14的浓度即氯浓度不是相对于绝缘喷嘴6的损耗情况成比例地增加，只不过是稍微增加。而且，在绝缘喷嘴6的损耗达到损耗极限即含氯树脂层C的阶段，气体中的氯浓度急剧上升。 
因此，通过以此点作为损耗极限进行判定，能够在不使用设备的分解检查、或X射线透射摄影等特别的诊断装置的情况下，进行以绝缘喷嘴6为代表的断路器部件的损耗的正确的极限评价，并能够容易进行断路器部件的寿命评价。 
(3)第3实施方式 
参照图6及图7说明本发明的第3实施方式。另外，对于与上述各实施方式相同的构成，标记同一符号，并省略重复的说明。 
在本实施方式中，在基本构成与第1实施方式相同的气体断路器中，如图6的概念图所示，为了检测电弧接触头的损伤，在固定电弧接触头4中混入了标记物质14。 
一般而言，由于电弧接触头暴露在高温下，损耗严重，所以作为电弧接触头的接点材料，使用耐热性良好的材料，一般使用Cu-W合金的例子较多，但在本实施方式中，在固定电弧接触头4中，作为标记物质M，采用通过与氟或氢氟酸反应而生成氟化物的物质。具体地说，作为在常温下生成气体状的氟化物15的氟化物生成物质，可采用Se、Ge、Te，此外，作为生成沸点比较低的氟化物15的氟化物生成物质，可采用Sb、Os、Cr、Re、V。 
在以上的本实施方式中，在采用SF6气体作为气体容器1内的绝 缘气体的情况下，由于断路时产生的电弧13，SF6气体被分解，生成氟或氢氟酸F。另一方面，从固定电弧接触头4，同样由于电弧13的产生，接触头所含的氟化物生成物质气化后的成分作为标记物质M而产生。然后，该氟或氢氟酸F和用作标记物质M的Se、Ge、Te、或Sb、Os、Cr、Re、V反应，生成氟化物15。 
于是，如图7所示，该氟化物15与损耗的进行成比例地在气体容器1内蓄积，其浓度缓慢增加。因此，采用与第1实施方式相同的方法，即，在生成气体状的氟化物15时，可以取样设备中的气体，利用气相色谱法检测，或通过使其与吸收液反应而分析吸收液中的标记元素浓度的方法，能够取样气体容器1内的气体，分析氟化物15的气体中的浓度。然后，通过研究该浓度的变化，预先设定相当于损耗极限的极限浓度，从而可判定损耗极限。 
由此，能够在不使用设备的分解检修、或X射线透射摄影等特别的诊断装置的情况下，进行固定电弧接触头为代表的断路器部件的损耗的正确的极限评价，并容易进行断路器部件的寿命评价。 
此外，在本实施方式中，有时气体容器1内的气体温度下降，氟化物15成为固体或液体，但在此种情况下，通过在设备内部配置表面电阻传感器，测定其电阻的变化，也能判定电弧接触头的损耗极限。 
另外，在第3实施方式中，对含有标记物质的电弧接触头仅限于固定电弧接触头进行了说明，但也可将其置换成可动电弧接触头直接应用。在此种情况下，也能获得与固定电弧接触头同样的效果。 
(4)第4实施方式 
参照图8及图9说明本发明的第4实施方式。另外，对于与上述各实施方式相同的构成，标记同一符号，并省略重复的说明。 
在本实施方式中，在基本构成与第1实施方式相同的气体断路器中，如图8的概念图所示，改进了固定电弧接触头4的构成。即，将直至设定为固定电弧接触头4的外装侧的损耗极限的厚度与以往同样由利用Cu-W合金等构成不含标记物质的耐热性材料层，自成为固定电弧接触头4的内装侧的损耗极限的位置开始，将内侧形成由标记物质14即Se、Ge、Te或Sb、Os、Cr、Re、V等的氟化物生成物质构成的标记层L。
根据以上的本实施方式，直至损耗极限用不含标记物质14的层构成，由此，如图9所示，气体中的标记物质14的浓度，即在第3实施方式中所示的氟化物15的浓度不是相对于固定电弧接触头4的损耗情况成比例地增加，只不过是稍微增加。而且，在固定电弧接触头4的损耗达到损耗极限即标记层L的阶段，气体中的氟化物15的浓度急剧上升。 
因此，通过以此点作为损耗极限进行判定，能够在不使用设备的分解检查、或X射线透射摄影等特别的诊断装置的情况下，进行以固定电弧接触头4为代表的断路器部件的损耗的正确的极限评价，并且容易进行断路器部件的寿命评价。 

Claims (10)

1.一种气体绝缘开关装置，其中在封入了消弧性气体的容器内，具有一对可接触和分离的电弧接触头、由设在该一对电弧接触头中的一个电弧接触头侧的缓冲活塞及缓冲缸构成的缓冲室、和具备与所述缓冲缸一体地固定的喷嘴的消弧室，通过压缩所述缓冲室而将所述消弧性气体导入所述喷嘴，并吹向所述一对电弧接触头间产生的电弧以消除电弧，其特征在于：
构成所述电弧接触头、缓冲室或消弧室的部件含有选自氯、Se、Ge、Te、Sb、Os、Cr、Re和V中的物质作为标记物质；
与通过所述电弧的热量所述部件因热分解而发生损耗相伴，所述标记物质以气体状被释放到所述消弧性气体中。
2.如权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于：所述喷嘴由含氟树脂、和作为标记物质混入的含氯树脂构成。
3.如权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于：所述喷嘴在从外装到成为损耗极限的厚度由含氟树脂层形成，且自所述含氟树脂层开始内装具备由含氯树脂构成的标记物质层。
4.如权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于：
作为在所述容器内封入的消弧性气体，含有SF6气体；
在所述电弧接触头中，混入含有下述成分的材料作为标记物质，所述成分通过由所述电弧的热量产生的热分解、与所述SF6气体的分解成分反应而生成低沸点或升华性的氟化物。
5.如权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于：
作为在所述容器内封入的消弧性的气体，含有SF6气体；
所述电弧接触头在从外装到成为损耗极限的厚度具备含氟树脂层，自所述含氟树脂层开始内装具备标记物质层作为标记物质，所述标记物质层由含有能够通过由所述电弧的热量产生的热分解与所述SF6气体的分解成分反应而生成低沸点或升华性的氟化物的成分的材料构成。
6.如权利要求4或5所述的气体绝缘开关装置，其特征在于：含有生成所述氟化物的成分的材料是Se、Ge、Te、或Sb、Os、Cr、Re、V中的任一种。
7.如权利要求4或5所述的气体绝缘开关装置，其特征在于：在所述容器内具备测定所述氟化物的生成量的表面电阻传感器。
8.一种气体绝缘开关装置用部件的电弧损伤检测方法，该气体绝缘开关装置用部件被配设在封入了消弧性气体的容器内，并构成一对可接触和分离的电弧接触头、由设在该一对电弧接触头中的一个电弧接触头侧的缓冲活塞及缓冲缸构成的缓冲室、或者具备与所述缓冲缸一体地固定的喷嘴的消弧室，其特征在于：
所述部件含有选自氯、Se、Ge、Te、Sb、Os、Cr、Re和V中的物质作为标记物质；
所述检测方法中，通过检测所述标记物质在所述容器内的气体中的浓度来判定所述部件的损耗极限，其中通过因开关动作而在所述一对电弧接触头间产生的电弧的热量、与由所述部件的热分解所产生的损耗相伴，所述标记物质以气体状释放。
9.如权利要求8所述的气体绝缘开关装置用部件的电弧损伤检测方法，其特征在于：
作为在所述容器内封入的消弧性的气体，含有SF6气体；
所述电弧接触头混入含有下述成分的材料作为标记物质，所述成分通过由所述电弧的热量产生的热分解、与所述SF6气体的分解成分反应而生成低沸点或升华性的氟化物；
所述检测方法中，通过检测所述氟化物在所述容器内的气体中的浓度来判定所述电弧接触头的损耗极限，其中，所述氟化物是通过因开关动作而在所述一对电弧接触头间产生的电弧的热量、与由所述部件的热分解产生的损耗相伴所生成的。
10.如权利要求9所述的气体绝缘开关装置用部件的电弧损伤检测方法，其特征在于：在所述电弧产生后，在所述容器内的气体温度下降，所述氟化物成为固体或液体的情况下，通过采用设在所述容器内的测定所述氟化物的生成量的表面电阻传感器来测定所述容器内的电阻变化，由此判定电弧接触头的损耗极限。
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